DE2315093B2 - Centrifugal compressor - Google Patents

Centrifugal compressor

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DE2315093B2 DE2315093A DE2315093A DE2315093B2 DE 2315093 B2 DE2315093 B2 DE 2315093B2 DE 2315093 A DE2315093 A DE 2315093A DE 2315093 A DE2315093 A DE 2315093A DE 2315093 B2 DE2315093 B2 DE 2315093B2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kreiselveruicnter bzw. Kreiselgebläse zum Umwälzen von Gasen mit einem innerhalb eines gasdichten Gehäuses angeordneten, aus einem Motorläufer und mindestens einem Laufrad bestehenden Rotor, der über mit zylindrischen Bohrungen und mit Spiel zur Bildung eines Schmierfilms aus Gas versehen, einen Teil des Rotors umgreifenden Lagerelementen gegenüber dem Gehäuse zentriert gehalten ist.The invention relates to a gyroscope or centrifugal fan for circulating gases with a arranged inside a gas-tight housing, consisting of a motor rotor and at least one impeller, which has a cylindrical Bores and provided with play to form a lubricating film of gas, encompassing part of the rotor Bearing elements is held centered relative to the housing.

Es ist bekannt, zur Schmierung der Traglager von Maschinen zur Förderung von Gasen das zu fördernde Gas selbst (Linde, »Berichte aus Technik und Wissenschaft«, 27/1970, S. 3) oder ein zur Kühlung der Antriebsmaschine dienendes Gas zu verwenden (CH-PS 80 543). Gasgeschmierte Lager verzehren eine geringe Reibungsleistung und eignen sich für relativ hohe Umdrehungszahlen. Die Senkung der Reibungsleistung führt zur Senkung der Höchsttemperaturen. Gegenüber flüssigkeitsgeschmierten Lagern haben sie überdies den Vorteil, keine unerwünschten flüssigen Beimengungen zum Fördergas zu verursachen. — Es besteht aber der <>5 Nachteil, daß gasgeschmierte Lager, verglichen mit flüssigkeitsgeschmierten, nur äußerst schwach belastet werden können; so hat sich ihre Anwendung bisher auf kleine Maschinen beschränkt. Schon bei Leistungen von 500 kW könnte beim Gewicht des hierfür notwendigen Rotors ein zuverlässiger Betrieb nur schwer eingehalten werden, weil bei Gaslagern spezifische Belastungen von über 1 kg/cm2 eine metallische Berührung der Welle mit der Büchse mit Sicherheit nicht mehr vermieden werden kann.It is known to use the gas to be pumped itself (Linde, "Reports from Technology and Science", 27/1970, p. 3) or a gas used to cool the prime mover (CH -PS 80 543). Gas-lubricated bearings consume low frictional power and are suitable for relatively high speeds. The lowering of the frictional power leads to a lowering of the maximum temperatures. Compared to liquid-lubricated bearings, they also have the advantage of not causing any undesirable liquid admixtures with the conveying gas. - There is, however, the disadvantage that gas-lubricated bearings can only be subjected to extremely low loads compared with liquid-lubricated bearings; so their application has so far been limited to small machines. Even with outputs of 500 kW, reliable operation would be difficult to maintain given the weight of the rotor required for this, because with gas bearings specific loads of over 1 kg / cm 2 metal contact between the shaft and the liner can no longer be avoided with certainty.

Bei den erwähnten bekannten Maschinen liegt die Welle waagrecht im Gehäuse und besitzt zwei gasgeschmierte Radiallager und ein ebenso gasgeschmiertes Axiallager. Zur Schmierung wird entweder Kreislaufgas oder das den Rotor zur Kühlung umgebende Gas verwendet, wobei im letzten Fall zur Trennung des Kühlgases von dem Fördergas zwischen Laufrad und Antrieb ein Sperrflüssigkeitskreislauf vorhanden ist. Die Abstützung des Rotorgewichts erfolgt durch die Radiallager. Hierdurch wird das Gewicht des Rotors und mit auch die Leistung der Maschine wegen der geringen Belastbarkeit gasgeschmierter Lager begrenzt. Die Axiallager sind allerdings nur gering belastet und verursachen an sich keine so niedrige Begrenzung des Rotorgewichts und damit der Maschinenleistung.In the known machines mentioned, the shaft lies horizontally in the housing and has two Gas-lubricated radial bearings and an equally gas-lubricated axial bearing. For lubrication either Recycle gas or the gas surrounding the rotor for cooling is used, in the latter case for A barrier fluid circuit separates the cooling gas from the conveying gas between the impeller and the drive is available. The rotor weight is supported by the radial bearings. This will make that Weight of the rotor and also the performance of the machine because of the low load capacity of gas-lubricated Limited stock. However, the axial bearings are only lightly loaded and cause no such low limitation of the rotor weight and thus the machine performance.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine Maschine größerer Leistung und damit höheren Gewichts mit möglichst geringen Verlusten durch Lagerreibung und unter Vermeidung jeglicher Berührung des Fördergases mit einem siörenden Schmiermittel zu betreiben. Diese Aufgabe ergibt sich besonders für Maschinen mit Leistungen über 500 kW und stellt sich als unumgängliche Bedingung bei Leistungen über 2000 kW. Insbesondere bei Atomkraftanlagen ist es unabdingbare Notwendigkeit, das Fördergas von jeder Berührung mit seiner Art fremden oder gar schädlichen Stoffen zu schützen.The object of the invention is therefore to provide a machine with greater performance and thus greater weight Lowest possible losses due to bearing friction and avoiding any contact with the conveying gas to operate with a disruptive lubricant. These The task arises particularly for machines with outputs over 500 kW and turns out to be inevitable Condition for outputs over 2000 kW. It is particularly indispensable for nuclear power plants Necessity to prevent the conveying gas from coming into contact with its kind foreign or even harmful substances protection.

Zur Lösung der aufgezeichneten Aufgabe besteht die Erfindung darin, daß in an sich bekannter Weise der Rotor vertikal angeordnet und sein Gewicht von einem flüssigkeitsgeschmierten Axiallager getragen ist, das in einem Teil des Gehäuses untergebracht ist, der vom fördermittelerfüllten Raum durch eine Zwischenwand abgetrennt ist, in der ein zusätzlich mit einem Sperrgas gespeistes Dichtelement vorgesehen ist, während der Motor und die Lagerelemente in dem vom Fördermittel erfüllten Raum angeordnet sind, und daß schließlich das zu dem Axiallager führende Wellenstück in seinem Durchmesser gegenüber dem Rotor im Bereich der radialen, gasgeschmierten Lagerelemente vermindert ist.To solve the problem recorded, the invention consists in that in a known manner The rotor is arranged vertically and its weight is supported by a liquid-lubricated thrust bearing which is in a part of the housing is accommodated by the funded space through a partition is separated, in which a sealing element additionally fed with a sealing gas is provided, during the Motor and the bearing elements are arranged in the space filled by the conveyor, and that finally to the axial bearing leading shaft piece in its diameter compared to the rotor in the area of radial, gas-lubricated bearing elements is reduced.

Ausgehend von der diskutierten CH-PS werden zunächst Maßnahmen getroffen, die an sich bei Flüssigkeitsumwälzpumpen für Kernreaktoranlagen bekannt sind (siehe z. B. »Sulzer Technische Rundschau«, 1971, Heft 3, S. 135 144, insbesondere Fig. 3 auf Seite 335 oder »KSB Technische Berichte«, 14, S. 7, Abb. 2).
1971, Heft 3, S. 135-144, insbesondere Fig. 3 auf Seite 335 oder »KSB Technische Berichte«, 14, S. 7, Abb. 2).On the basis of the CH-PS discussed, measures are first taken which are known per se for liquid circulation pumps for nuclear reactor plants (see, for example, "Sulzer Technische Rundschau", 1971, issue 3, p. 135 144, in particular FIG. 3 on page 335 or »KSB Technical Reports«, 14, p. 7, Fig. 2).
1971, Issue 3, pp. 135-144, especially Fig. 3 on page 335 or "KSB Technical Reports", 14, p. 7, Fig. 2).

Diese Maßnahmen bestehen darin, unter teilweiser Verwendung des Fördermittels als Lagerschmiermittel den Rotor des Verdichters vertikal anzuordnen und sein Gewicht durch ein flüssigkeitsgeschmiertes Axiallager tragen zu lassen.These measures consist in partial use of the conveyor as a bearing lubricant to arrange the rotor of the compressor vertically and its weight by a liquid-lubricated thrust bearing to wear.

Im Gegensatz zu den erwähnten Pumpen wird jedoch einerseits der Antrieb des Verdichters, ähnlich wie bei der Konstruktion nach der erwähnten CH-PS, in das gasdicht gekapselte Gehäuse des Verdichters integriert und, in Abweichung von der älteren Konstruktion, im vom Fördermittel erfüllten Raum des GehäusesIn contrast to the aforementioned pumps, however, is the one hand, the drive of the compressor, similar to the construction according to the aforementioned Swiss patent, in the encapsulated housing gastight the compressor integrated and, in deviation from the prior structure in from the conveying he f üllten space of the housing

untergebracht; andererseits erfolgt die Unterbringung des Axiallagers in einem durch eine Zwischenwand vom Fördermittel erfüllten Raum des Gehäuses getrennten Teil.housed; on the other hand, the axial bearing is accommodated in a partition wall from Funding filled space of the housing separate part.

Die bei dieser neuartigen Zuordnung der Lagerelemente zu den Teilräumen des Gehäuses notwendige Trennung und Abdichtung des flüssigen und des gasförmigen Schmier- und Fördermittels gewährleistet ein mit Sperrgas beaufschlagtes Dichtelement in der Zwischenwand, wobei das Sperrgas sich dem Fördergas gegenüber neutral verhalten muß. Zweckmäßig wird daher Fördergas selber als Sperrmittel verwendet.This is the case with this new type of assignment of the bearing elements necessary separation and sealing of the liquid and the liquid to the sub-spaces of the housing Gaseous lubricant and conveying agent ensures a sealing element acted upon with sealing gas in the Partition, whereby the sealing gas must behave neutrally towards the conveying gas. Will be expedient therefore the conveying gas itself is used as a blocking agent.

Die geforderte Verminderung der Lagerreibung zwingt zu einer Optimierung der Abmessungen des Axiallagers, das bei bisherigen Maschinen dieser Größe wegen zu großer Durchmesser im allgemeinen ungünstig dimensioniert ist. Dieses Teilproblem wird bei der Erfindung dadurch gelöst, daß der Durchmesser der Rotorwelle im Bereich der Zwischenwa"d und des Axiallagers vermindert ist; daraus resultiert der zusätzliche Vorteil, daß der Sperrgasverbrauch relativ zu demjenigen ohne Reduktion des Wellendurchmessers erheblich verringert ist.The required reduction in bearing friction forces an optimization of the dimensions of the Axial bearing, which is generally unfavorable in previous machines of this size because of excessively large diameters is dimensioned. This sub-problem is solved in the invention in that the diameter of the The rotor shaft is reduced in the area of the intermediate shaft and the axial bearing; additional advantage that the sealing gas consumption is relative to that without a reduction in the shaft diameter is significantly reduced.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist auf der Zeichnung vereinfacht dargestellt.An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is shown in simplified form in the drawing.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine Maschine nach der Erfindung undFig. 1 shows a schematic longitudinal section through a machine according to the invention and

F i g. 2 eine mögliche Ergänzung der Ausführung nach Fig. 1.F i g. 2 a possible addition to the embodiment according to FIG. 1.

In einem gasdichten Gehäuse 20 ist auf einem Rotor 1 ein Förderrad ti und ein Elektromotor 12 angeordnet. Das Gehäuse 20 schließt mittels eines Flansches 21 an eine Zufuhrleitung und mittels eines Flansches 22 an eine Förderleitung an. Damit ist das Innere der Maschine hermetisch gegenüber der Umgebung abgedichtet. In a gas-tight housing 20 is on a rotor 1 a conveyor wheel ti and an electric motor 12 are arranged. The housing 20 connects by means of a flange 21 a supply line and by means of a flange 22 to a delivery line. So the inside is the Machine hermetically sealed against the environment.

Das Gehäuse ist senkrecht aufgestellt, so daß auch die Achse des Rotors senkrecht verläuft und damit das Gewicht des Rotors allein durch ein flüssigkeitsgeschmiertes Axiallager 7 getragen werden kann.The housing is set up vertically so that the axis of the rotor is also perpendicular and thus the Weight of the rotor can be borne solely by a liquid-lubricated axial bearing 7.

Das Axiallager 7 ist als Rollenlager ausgebildet, dessen tragende Rollen 24 in ein Schmiermittelbad 25 eingetaucht sind. Das Schmiermittel kann von Zeit zu Zeit ausgewechselt werden. Im Betrieb nimmt dessen Oberfläche 32 eine paraboloidähnliche Form an, welche einerseits durch die drehenden Lagerteile und andererseits durch die feststehenden Teile bestimmt wird. Zur Kühlung des Schmiermittels dient ein Wärmeaustauscher 9, dem durch die Leitung 8 Kühlmittel zugeführt wird. Die Laufelemente 26 des Axiallagers haben praktisch keine Kräfte zu übertragen. Sie dienen lediglich sicherheitshalber einer Begrenzung des Lagerspiels und können beispielsweise aus einem selbstschmierenden Stoff hergestellt sein.The axial bearing 7 is designed as a roller bearing, the supporting rollers 24 of which are immersed in a lubricant bath 25 are immersed. The lubricant can be changed from time to time. In operation it takes Surface 32 has a paraboloid-like shape, which on the one hand by the rotating bearing parts and on the other hand is determined by the fixed parts. A heat exchanger is used to cool the lubricant 9, to which coolant is fed through line 8. Have the running elements 26 of the axial bearing transferring practically no forces. They only serve to limit the bearing play as a precaution and can for example be made of a self-lubricating substance.

Der Rotor 1 ist mit Hilfe einer Welle 2 von im Vergleich zu ihm vermindertem Durchmesser am Axiallager 7 aufgehängt. Hierdurch wird es möglich, das Axiallager 7 hinsichtlich Durchmesser und Rollfläche so zu gestalten, daß der günstigste Kompromiß zwischen Rollfläche und Rollgeschwindigkeit eingehalten werden kann.The rotor 1 is on by means of a shaft 2 of reduced diameter compared to it Thrust bearing 7 suspended. This makes it possible to design the axial bearing 7 in terms of diameter and rolling surface to design that the most favorable compromise between rolling surface and rolling speed are observed can.

Die Welle 2 ist außerdem von einem Dichtelement 3 umgeben, das im wesentlichen aus Labyrinthen besteht. Diesem Dichtelement wird an einer geeigneten mittleren Stelle durch den Anschluß 4 ein Sperrgas zugeführt, dessen Druck höher ist als der im Gehäuse im Bereich der Welle 2 beim Betrieb sich einstellende Druck des F'ördergases. Als Sperrgas kann z. B. Fördergas an der an den Flansch 22 angeschlossenen Förderleitung entnommen werden. Zweckmäßig wird der Raum 30 über dem Schmiermittel über eine DrosselsteJle 31 mit einer Stelle niedrigeren Drucks verbunden, so daß dadurch in dem Dichtelement von der Sperrmittelzufuhrstclle an eine aufwärts gerichtete Gasströmung entsteht, welche das Eindringen von Schmieröl in das Element verhindert.The shaft 2 is also surrounded by a sealing element 3, which consists essentially of labyrinths. A sealing gas is supplied to this sealing element at a suitable central point through the connection 4 supplied, the pressure of which is higher than that which occurs in the housing in the area of the shaft 2 during operation Pressure of the conveying gas. As a sealing gas, for. B. Conveying gas connected to the flange 22 Delivery line can be removed. The space 30 above the lubricant is expediently via a DrosselsteJle 31 connected to a point of lower pressure, so that thereby in the sealing element of of the blocking agent supply valve to an upwardly directed gas flow, which prevents the penetration of Prevents lubricating oil from entering the element.

Zur Zentrierung des Rotors 1 gegenüber dem Gehäuse 20 dienen die Büchsen 6, die mittels Membranen 23 am Gehäuse befestigt sind.To center the rotor 1 relative to the housing 20, the bushes 6 are used, which means Membranes 23 are attached to the housing.

Damit können die Büchsen 6 wohl zur Ausführung kleiner Einstellbevvegungen sich um ihren Mittelpunkt neigen. Umgekehrt ist aber der Mittelpunkt der Büchsen gegenüber dem Gehäuse unverschiebbar festgelegt. Die Büchsen 6 besitzen gegenüber dem Durchmesser der durch sie umgebenen Rotorteile ein genügendes Spiel, so daß sich zwischen Büchse und Rotor ein Gasfilm einstellen kann, der eine metallische Berührung der Laufflächen verhindert. Eine solche Zentrierung wird nur durch die senkrechte Aufhängung des Rotors ermöglicht. In dieser Lage entstehen höchstens nur vernachlässigbar kleine Radialkräfte, welche den Gasfilm nicht zerstören können.This means that the bushings 6 can move around their center point to carry out small adjustment movements tend. Conversely, however, the center point of the bushings cannot be displaced with respect to the housing set. The bushings 6 have a diameter compared to the rotor parts they surround Sufficient play so that a gas film can set up between the liner and rotor, which is a metallic one Prevents contact with the running surfaces. Such a centering is only possible through the vertical suspension of the rotor. In this position, at most only negligibly small radial forces arise, which cannot destroy the gas film.

Eine weitere Ergänzung besteht darin, daß unterhalb des Axiallagers nach Fig.2 ein Notlager 13 eingebaut wird, das im normalen Betrieb überhaupt nicht belastet ist. Erst bei einer Beschädigung des Axiallagers 7 und Absinken des Rotors beginnt das Notlager 13 auf der Lagerfläche 27 zu laufen, so daß der Rotor 1 bis zum Auslaufen in einer Lage kurze Zeit gehalten werden kann, in der noch keine weiteren Beschädigungen entstehen können.Another addition is that an emergency bearing 13 is installed below the axial bearing according to FIG that is not loaded at all in normal operation. Only when the axial bearing 7 and is damaged Fall of the rotor begins to run the emergency bearing 13 on the bearing surface 27, so that the rotor 1 to Leakage can be kept in a position for a short time in which there is still no further damage can arise.

Zweckmäßig ist die Verwendung von zwei Zentrierelementen 6. In besonderen Fällen könnten aber auch nur eines oder in anderen mehr als zwei verwendet sein.It is advisable to use two centering elements 6. In special cases, however, only one or more than two in others.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Kreiselverdichter bzw. Kreiselgebläse zum Umwälzen von Gasen mit einem innerhalb eines gasdichten Gehäuses angeordneten, aus einem Motorläufer und mindestens einem Laufrad bestehenden Rotor, der über mit zylindrischen Bohrungen und mit Spiel zur Bildung eines Schmierfilms aus Gas versehenen, einen Teil des Rotors umgreifenden Lagerelementen gegenüber dem Gehäuse zentriert gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Rotor (1) vertikal angeordnet und sein Gewicht von einem flüssigkeitsgeschmierten Axiallager (7) getragen ist, das in einem Teil des Gehäuses (20) untergebracht ist, der vom fördermittelerfüllten Raun, durch eine Zwischenwand abgetrennt ist, in der ein zusätzlich mit einem Sperrgas gespeistes Dichtelement (3) vorgesehen ist, während der Motor (12) und die Lagerelemente (6) in dem vom Fördermittel erfüllten Raum angeordnet sind, und daß schließlich das zu dem Axiallager (7) führende Wellenstück (2) in seinem Durchmesser gegenüber dem Rotor (1) im Bereich der radialen gasgeschmierten Lagerelemente (6) vermindert ist.1. Centrifugal compressor or centrifugal fan for circulating gases with one within one gas-tight housing arranged, consisting of a motor rotor and at least one impeller Rotor that has cylindrical bores and clearance to form a lubricating film of gas provided, a part of the rotor encompassing bearing elements centered relative to the housing is held, characterized in that the rotor (1) is vertical in a manner known per se arranged and its weight of a liquid-lubricated Axial bearing (7) is carried, which is housed in a part of the housing (20), the is separated from the subsidy-filled space by a partition wall in which an additional a sealing element (3) fed by sealing gas is provided, while the motor (12) and the Bearing elements (6) are arranged in the space filled by the conveyor, and that finally the shaft piece (2) leading to the axial bearing (7) in its diameter compared to the rotor (1) in the Area of the radial gas-lubricated bearing elements (6) is reduced. 2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Axiallager (7) pendelnd bzw. kardanisch im Gehäuse abgestützt ist.2. Compressor according to claim 1, characterized in that the axial bearing (7) oscillating or is supported gimbally in the housing. 3. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Axiallager (7) als Wälzlager ausgebildet ist.3. Compressor according to claim 1, characterized in that the axial bearing (7) as a roller bearing is trained. 4. Verdichter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein axiales Notlager (13), das im fördermittelerlüllten Raum des Gehäuses angeordnet und gasgeschmiert ist.4. Compressor according to claim 1, characterized by an axial emergency bearing (13) which is filled in the funding Space of the housing is arranged and gas-lubricated. 5. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der das Axiallager (7) aufnehmende Teil des Gehäuses (20) mit der Schmierflüssigkeit (25) teilweise gefüllt ist und für deren Kühlung ein *o Wärmeaustauschelement (9) aufweist.5. A compressor according to claim 1, characterized in that the thrust bearing (7) receiving part of the housing (20) is filled with the lubricating fluid (25) and partly for cooling thereof, a * o heat exchange element (9).
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